6.1 – Caracterização das Amostras de Solo, Cal, Escória de Ferro-Ligas de Manganês e Finos de Pedra-Sabão
6.1.1 – Determinação da densidade, da superfície específica, da porosidade e da umidade
Na tabela 6.1 são apresentados os valores referentes à área superficial, a densidade real, a porosidade e a umidade das amostras de solo, da cal, da escória de ferro-ligas de manganês e dos finos de pedra sabão.
Tabela 6.1: Superfície específica, densidades, porosidade e umidade das amostras de solo, cal e escória de ferro-liga de manganês
Amostras Área superficial (m2/g) Densidade (g/cm3) Porosidade (%) Umidade (%) Solo 32,414 2,593 1,6 12,530 Cal 11,540 2,450 0,6 0,610 Esc. de ferro-ligas de Mn 1,560 3,220 0,3 0,170 Finos de pedra-sabão 3,430 2,960 0,2 0,340
Das amostras estudadas, o solo destaca-se com maior teor de umidade, área superficial específica e porosidade (12,530 %; 32,412 m2/g e 1,6 %, respectivamente). Por outro lado, a escória de ferro-ligas de manganês possui maior densidade real, 3,220 g/cm3. A cal apresenta densidade real (2,450 g/cm3) ligeiramente menor que o solo (2,593 g/cm3) e os seus demais parâmetros estudados apresentam valores intermediários quando comparados aos parâmetros das demais amostras. Os finos de pedra sabão, da mesma
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forma, apresentam os parâmetros estudados com valores intermediários, com exceção da sua porosidade (0,2%) que é a menor das amostras analisadas.
6.1.2 – Distribuição granulométrica
As curvas de distribuição granulométrica das amostras de solo, escória de ferro-ligas de manganês e finos de pedra sabão estão apresentadas nas Figuras 6.1, 6.2 e 6.3, respectivamente.
Figura 6.1 – Distribuição granulométrica da amostra de solo
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Figura 6.3 – Distribuição granulométrica da amostra de pedra-sabão
Observa-se, graficamente, valores de d80 em torno de 700, 1680 e 48µm para as
amostras de solo, escória de ferro-ligas de manganês e finos de pedra sabão, respectivamente. Pela comparação das curvas de distribuição granulométrica, observa- se claramente que a amostra de escória de ferro-liga de manganês possuem granulometria mais grosseira em relação às demais amostras. Os finos de pedra sabão possui menor granulometria em relação às amostras analisadas. Para a amostra de cal não se realizou análise granulométrica, pois a mesma foi obtida comercialmente com granulometria inferior a 38µm.
Pelos gráficos de distribuição das amostras analisadas, era de se esperar que as áreas superficiais da amostra de cal e de finos de pedra sabão, apresentadas na Tabela 6.1, fossem maiores do que as áreas superficiais das amostras de solo e escória de ferro- liga de manganês. Logo, a única explicação plausível para maior área superficial específica do solo em relação às demais amostras está relacionada com a maior porosidade da mesma, pois neste caso, provavelmente, houve adição das áreas superficiais dos poros desta amostra.
As distribuições granulométricas das frações abaixo de 38μm das amostras de solo, escória de ferro ligas de manganês e finos de pedra sabão estão apresentadas nas Figuras 6.4, 6.5 e 6.6, respectivamente.
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Figura 6.4 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de solo
Figura 6.5 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de escória de ferro-ligas de Mn
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Figura 6.6 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de finos de pedra sabão
Pelas análises do granulômetro foi obtido tamanho médio de 8,2µm, para a amostra de solo na fração menor que 38 μm. Os argilominerais presentes no solo em menores tamanhos de partícula (<4-8μm) podem contribuir devidas sua forma de lâminas hexagonais ou fibras na formação das tramas junto com partículas que tendem ao formato esférico.
O tamanho médio das partículas presentes nos resíduos estudados são muito próximos, 21,5 e 23,86 µm, para as amostras de finos de pedra-sabão e escória de ferro-ligas de manganês, respectivamente.
6.1.3 – Perda por calcinação
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Tabela 6.2: Perda por calcinação das amostras de solo, cal, escória de ferro-liga de manganês e finos de pedra sabão
Amostra Perda por Calcinação (%)
Solo 12,05
Cal 27,15
Escória de ferro-ligas de Mn -2,33
Finos de pedra-sabão 5,05
Percebe-se pela Tabela 6.2 que a cal, dentre as amostras analisadas, foi a que apresentou maior PPC (27,15%). Por outro lado, observou-se que a amostra de escória de ferro-liga de manganês apresentou uma perda por calcinação negativa (-2,33%), isso significa que houve um aumento da massa devido à oxidação desta amostra ao submetê-la a temperatura de 1000°C por 1 hora.
6.1.4 – Limites de Atterberg
Os limites de Atterberg foram obtidos pelos ensaios de liquidez e plasticidade. Os resultados obtidos estão apresentados na tabela 6.3.
Tabela 6.3: Índices de Atterberg do solo
Material Solo
Limite de Liquidez (%) 43,5
Limite de Plasticidade (%) 28,8
Índice de Plasticidade (%) 14,7
Os resultados apresentados na tabela 6.3 mostram os valores obtidos do limite de liquidez (LL) 43,5%, limite de plasticidade (LP) 28,8% e índice de plasticidade (IP) 14,7%. Estes valores se enquadram na confecção de tijolos solo-cimento, de acordo com a NBR 10832/89 que recomenda um solo que possua limite de liquidez máximo de 45% e índice de plasticidade máximo de 18%. De acordo com a Classificação Unificada dos Solos (The Unified Soil Classification System – USCS) o solo teve a sua classificação
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como ML, que é descrito como siltes inorgânicos e areias muito finas, alteração de rocha, areias finas, siltosas ou argilosas.
6.1.5 – Atividade Pozolânica
De acordo com a norma NBR 12653/92, os resíduos de pedra-sabão e escória de ferro- ligas de manganês podem ser classificados como pozolana de classe E. As especificações desta classe quanto as suas propriedades químicas estão apresentadas na tabela 6.4.
Tabela 6.4 : Exigências químicas para classificação de materiais pozolânicos
Propriedades Classe E (NBR 12653/92) Pedra- sabão Escória de ferro-ligas SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % mínimo 50 66,2 55,17 SO3, % máximo 5,0 0,96 1,15
Teor de umidade, % máximo 3,0 0,34 0,17
Perda ao fogo, % máximo 6,0 5,05 -2,33
Álcalis disponíveis Na2O, % máximo 1,5 0,03 0,74
Fonte: NBR 12653/92
Para o teor de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 obteve-se 66,2% na amostra de pedra-sabão e
55,17% na amostra de escória de ferro-ligas, de forma que, o teor mínimo exigido pela norma é de 50%. O teor de SO3 é de 0,96% na amostra de pedra-sabão e 1,15% na
amostra de escória de ferro-ligas, a norma exige no máximo 5%. O teor umidade encontrado na amostra de pedra-sabão é 0,34% e na amostra de ferro-ligas é 0,17%, para a norma, o teor máximo é de 3%. Perda ao fogo na amostra de pedra-sabão é 5,05% e -2,33% na amostra de escória de ferro ligas, para a norma, esse valor não pode ultrapassar 6%. Álcalis disponível em Na2O encontrado na amostra de pedra-sabão é
0,03% e na amostra de escória de ferro-ligas é 0,74%, valores não ultrapassado pelo limite estabelecido pela norma que é de 1,5%. Os resultados obtidos mostraram que os resíduos de pedra-sabão e escória de ferro-ligas de manganês, apresentaram resultados
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favoráveis as exigências químicas estabelecidas para pozolanas de classe E pela norma vigente. Desta forma, considerando as exigências químicas os resíduos estudados podem ser utilizados como material pozolânico, na confecção de tijolos solo-cal.
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Tabela 6.5: Composição química das amostras de solo, cal (CALFIX) e escória de ferro-ligas de manganês
Amostra Teores (%) ppm
Al2O3 Fe2O3 MnO MgO SO3 CaO TiO2 K2O SiO2 As Zn
Solo 28,91 5,96 - 0,143 - - 1,48 0,64 62,62 5,38 36,70
Cal (CALFIX) 0,29 0,11 - 0,915 - 67,21 - - 29,99 5,56 7,61
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Na tabela 6.5, pode ser observada a presença de alumínio e ferro em todas as amostras analisadas. Na amostra do solo, os componentes majoritários foram o óxido de alumínio (28,91%), óxido de ferro (5,96%), titânia (1,48%) e sílica (62,62%), Através do resultado da análise química podemos classificar a cal como cal hidratada cálcica. Os componentes majoritários encontrados na amostra de cal foram óxido de cálcio (67,21%), óxido de magnésio (0,915%) e sílica (29,99%) e na amostra de escória de ferro-ligas de Mn foram os componentes de óxido de manganês (21,72%), óxido de cálcio (11,33%), óxido de alumínio (15,04%) e sílica (36,57%). Na amostra de pedra- sabão os componentes majoritários segundo Rodrigues (2010) são o óxido de magnésio (27,80%), óxido de ferro (4,99%), óxido de alumínio (2,30%) e sílica (58,91%).
6.1.3 – Caracterização mineralógica
Pelo difratograma de raios X da amostra de solo (Figura 6.7) foram identificados os seguintes minerais: quartzo (SiO2), caulinita (SiO2Al2O5(OH)4) e muscovita
(KAl2(Si3Al)O10(OH)2). Logo, os resultados da difratometria de raios X estão coerentes
com os teores de Al2O3 (28,91%), K2O (0,64%) e SiO2 (62,62%) apresentados na tabela
6.5 e com o valor de PPC (12,05%), apresentado na tabela 6.2, que está relacionado com a decomposição térmica dos minerais hidratados identificados (caulinita e muscovita) na amostra.
Os argilominerais na presença de água desenvolvem uma série de propriedades importantes na confecção dos corpos de prova tais como: plasticidade, resistência mecânica e retração linear de secagem. O quartzo também é um importante mineral na composição de tijolos crus uma vez que contribui para o aumento da permeabilidade da peça e controle da retração. O quartzo pode fazer parte do “esqueleto”, ou seja, a estrutura do corpo de prova.
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Figura 6.7 – Difratograma de raios X do solo
Pelo difratograma da cal (Figura 6.8) foi identifica a portlandita (Ca(OH)2), a calcita
(CaCO3) e a nacrita (Al2Si2O5(OH)4), que são coerentes com os altos teores de CaO
(67,21%) e SiO2 (29,99%), apresentados na tabela 6.5 e alta PPC (27,15%), devido à
decomposição térmica dos hidróxidos presentes na amostra (portlandita e nacrita) e de CO2, proveniente da calcita.
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Figura 6.8 – Difratograma de raios X da cal
O único mineral identificado no difratograma da amostra de escória de ferro-liga de manganês (Figura 6.9) foi a enstatita (Mg2Si2O6). Logo, os teores de SiO2 (36,57%) e
MgO (7,66%), apresentados na tabela 6.5 são provenientes deste mineral. O fato de não ter identificado outros minerais na amostra analisada provavelmente está relacionado com a formação de vidro, pois o material analisado é escória de ferro-liga.
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Figura 6.9 – Difratograma de raios X da escória de ferro-ligas de manganês
Na amostra de finos de pedra-sabão identificou-se talco (Mg3Si4O10(OH)2) e clorita (H16
Al2.78 Fe0.94 Mg11.06 O36 Si5.22) (Figura 6.10). Observa-se que houve substituição
isomórfica do Mg2+ por Al3+, Fe2+, Fe3+ e Si (Dana, 1978). Estes resultados estão coerentes com os teores determinados por Rodrigues (2010) e com o valor de PPC (5,05%), apresentado na tabela 6.2, que está relacionado com a perda de OH de ambos minerais hidratados, devido à sua decomposição térmica.
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Figura 6.10 – Difratograma de raios X da pedra sabão
6.2. – Resistência à compressão simples
Na tabela 6.6 estão apresentados os valores de durabilidade avaliados pelo ensaio de resistência à compressão simples, para a composição de referência (solo-cal) e para as composições de 25, 50 e 75% de resíduos, para o período de cura de 28 e 60 dias.
Analisando a tabela 6.6, observa-se que os corpos-de-prova de composição solo-cal (referência) apresentaram resistência à compressão após o período de 28 dias de cura dentro do limite especificado pela norma ABNT NBR 8492/84, com valores ascendentes iguais a 2,10 e 2,50 MPa, após 28 e 60 dias de cura, respectivamente. Para os corpos-de-prova com incorporação de resíduo, apenas os de composição solo-cal-PS 25% apresentaram resistência à compressão após o período de 28 dias de cura dentro do limite especificado (2,0 MPa) pela norma, com valor igual a 2,10 MPa e com 60 dias de cura esse valor manteve-se muito próximo, sendo igual a 2,20 MPa. Ou seja, tanto para o corpo-de-prova solo-cal quanto o solo-cal-PS 25% não houve aumento significativo da resistência à compressão com o aumento do número de dias de cura de 28 para 60
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dias. Ou seja, este aumento do período de cura, provavelmente, não foi suficiente para aumento das reações pozolânicas.
Tabela 6.6: Resistência à compressão simples dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal- resíduo no período de 28 e 60 dias de cura
Composição Resistência à Compressão (MPa) 28 (dias) 60 (dias) NBR 8492/84 ≥ 2,0 ≥ 2,0 Solo-Cal 2,10 2,50 Solo-Cal-PS 25% 2,10 2.20 Solo-Cal-PS 50% 1,94 1,65 Solo-Cal-PS 75% 0,64 1,10 Solo-Cal-ESC 25% 1,73 2,10 Solo-Cal-ESC 50% 1,53 1,30 Solo-Cal-ESC 75% 0,63 0,74
Legenda: PS: Pedra sabão. Esc: Escória de ferro-ligas de manganês.
De acordo com Farias (2007), a aptidão dos materiais pozolânicos de reagirem com a cal em condições normais de temperatura e pressão e formarem compostos de propriedades aglomerantes ocorre devido ao fato de que o silício e alumínio presentes na composição se encontram em estruturas amorfas ou desordenadas atomicamente. A cimentação pozolânica é um processo progressivo e lento que pode levar meses (ou até anos) para se concluir.
Para a composição solo-cal-ESC 25% foi obtido valor de resistência dentro dos limites especificados para o período de cura de 60 dias, com valor de 2,10 MPa.
Maiores superfície de contato podem permitir um aumento na atividade pozolânica e, consequentemente, no comportamento mecânico das amostras. Os finos de pedra sabão apresentaram maior valor de superfície específica quando comparado com a escória de ferro ligas de manganês o que pode ter contribuído para os maiores valores de resistência à compressão das provas preparadas com este resíduo.
Para as demais composições foram obtidos valores de resistência à compressão inferior ao limite da norma. O que parece demostrar que os resíduos não apresentam grande
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quantidade de íons capazes de realizar trocas com o solo e consequente a floculação assim como a cal.
A figura 6.11 ilustra as variações de resistência à compressão dos corpos-de-prova entre 28 e 60 dias de cura.
Figura 6.11: Resistências à compressão simples dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal- resíduos após os períodos de cura de 28 e 60 dias
Pela análise da Figura 6.11 percebe-se um decréscimo da resistência a compressão dos corpos-de-prova com incorporação de resíduos para os dois períodos de cura com o aumento da porcentagem de resíduo acrescentado. De modo geral, apesar de não atingir o valor especificado pela norma ABNT NBR 8492/84, ocorre um aumento da resistência à compressão com o aumento de dias de cura de 28 para 60 dias. Exceto para os corpos-de-prova de composição Solo-Cal-PS 50% e Solo-Cal-ESC 50% que tiveram a resistência à compressão diminuída entre 28 e 60 dias.
Os resíduos finos de pedra-sabão apresentam maior valor de superfície específica (3,43 m2/g) quando comparados à escória de ferro-ligas de manganês (1,56 m2/g), o que
pode ter contribuído para maior resistência a compressão dos corpos-de-prova com incorporação dos finos de pedra-sabão. Pode se prejulgar que por possuir uma maior área superficial, os finos de pedra-sabão, no período de cura, obtiveram um ganho de
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resistência superior ao corpo-de-prova solo-cal-escória devido maior área de contato, ocorrendo uma reação mais rápida entre os agregados.
6.2.3 – Ensaio de absorção de água
O ensaio de absorção de água é uma forma de investigação indireta da extensão da densificação de tijolos, assim como, pode ser utilizado para expressar a quantidade de poros abertos do material. Desta forma, quanto menos água infiltra no corpo-de-prova, maior será a durabilidade e resistência do material a danos causados pela exposição ao ambiente (Mahllawy, 2008).
Na tabela 6.7 estão apresentados os resultados de porcentagem de absorção de água ocorrida nos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-resíduos nos períodos de 28 e de 60 dias de cura.
Tabela 6.7 Absorção de água pelos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-resíduos nos períodos de 28 e 60 dias
Composição Absorção d’ água (%)
28 (dias) 60 (dias) NBR 8492/84 ≤ 20 ≤ 20 Solo-Cal 19,11 19,25 Solo-Cal-PS 25% 19,01 19,32 Solo-Cal-PS 50% 19,68 19,37 Solo-Cal-PS 75% 19,77 19,23 Solo-Cal-ESC 25% 19,38 19,17 Solo-Cal-ESC 50% 19,68 19,45 Solo-Cal-ESC 75% 19,92 19,52
Conforme os resultados apresentados na tabela 6.7 observa-se que houve absorção de água compatível com os limites estabelecidos pela NBR 8492/84 por todos os corpos- de-prova solo-cal e solo-cal-resíduo nos períodos de 28 e 60 dias de cura. Os valores encontrados são da mesma ordem de grandeza entre os corpos-de-prova solo-cal e solo- cal-resíduo. Isso mostra que os corpos-de-prova com incorporação dos resíduos não são, significativamente, mais porosos do que os do tipo solo-cal. Não ocorreram
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significativas variações de valores para as diferentes composições e períodos de cura, com índice de absorção de água em torno de 19%.
Não foi observada diminuição da capacidade de absorção de água com o aumento do número de dias de cura dos corpos-de-prova o que reafirma que não ocorreu incremento de resistência as provas devido um tempo maior de cura (60 dias), ou seja, um avanço representativo das reações pozolânicas.
6.2.4 – Ensaio de classificação de resíduos dos corpos de-prova solo-cal-resíduo
Os ensaios de classificação de resíduo foram realizados apenas para os corpos-de-prova solo-cal-resíduo que obtiveram resultado igual ou superior aos das normas nos ensaios de resistência à compressão e absorção de água. Os corpos-de-prova que apresentaram resultados favoráveis são: solo-cal-PS25 com 28 dias de cura, solo-cal-PS25 com 60 dias de cura e solo-cal-ESC25 com 60 dias de cura.
A tabela 6.8 apresenta os teores dos elementos na lixívia, de acordo com as normas ABNT para classificação de resíduos.
Considerando os elementos analisados As, Ba, Cd, Cr, Pb e Mn, os corpos-de-prova testados, em um possível descarte, são enquadrados como resíduos não perigosos (Resíduos Classe II), de acordo com ABNT NBR 10004:2004.
Os elementos Hg, Se, Ag e o composto fluoreto, não foram analisados, mas, não são característicos em nenhuma das matrizes dos traços confeccionados.
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Tabela 6.8: Teor dos elementos analisados na lixívia (conforme ABNT NBR 10005/94) e concentração – limite máximo no extrato obtido no ensaio de lixiviação de acordo com ABNT NBR 10004:2004 para classificação de resíduos sólidos
Elementos Parâmetros Analisados As (mg/L) (mg/L) Ba (mg/L) Cd (mg/L) Cr (mg/L) Pb (mg/L) Mn Limite máximo na lixívia NBR 10004 (mg/L) 1,0 70,0 0,5 5,0 1,0 Não consta no anexo normativo LIXPS28 < 0,004 0,085 < 0,009 0,061 < 0,026 < 0,001 LIXPS60 < 0,004 0,093 < 0,009 0,058 < 0,026 < 0,001 LIXESC60 < 0,004 0,199 < 0,009 0,047 < 0,026 5,870 Legenda:
LIXPS28: Solo-cal-PS25 lixiviado após 28 dias de cura; LIXPS60: Solo-cal-PS25 lixiviado após 60 dias de cura; LIXESC60: Solo-cal-ESC25 lixiviado após 60 dias de cura.
A tabela 6.9 mostra os teores dos elementos no solubilizado, de acordo com as normas ABNT para classificação de resíduos.
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Tabela 6.9: Teor dos elementos no solubilizado (conforme ABNT NBR 10006/94) e concentração – limite máximo no extrato obtido no ensaio de solubilização de acordo com ABNT NBR 10004:2004 para classificação de resíduos sólidos
Legenda:
SOLPS28: Solo-cal-PS25 solubilizado após 28 dias de cura; SOLPS60: Solo-cal-PS25 solubilizado após dias de cura; SOLESC60: Solo-cal-ESC25 solubilizado após dias de cura.
Elementos Parâmetros Analisados Al (mg/L) (mg/L) As (mg/L) Ba (mg/L) Cd (mg/L) Cr (mg/L) Cu Fe (mg/L) (mg/L) Na (mg/L) Pb (mg/L) Zn (mg/L) Mn Limite máximo no solubilizado NBR 10004 (mg/L) 0,2 0,01 0,07 0,005 0,05 2,0 0,3 200,0 0,01 5,0 0,01 SOLPS28 0,14 < 0,040 < 0,001 < 0,009 0,020 < 0,007 0,981 0,343 < 0,026 < 0,003 < 0,001 SOLPS60 0,09 < 0,040 < 0,001 < 0,009 0,024 < 0,007 1,075 0,352 < 0,026 < 0,003 < 0,001 SOLESC60 0,18 < 0,040 < 0,001 < 0,009 0,022 < 0,007 1,399 0,372 < 0,026 < 0,003 < 0,001
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Na tabela 6.9 os resultados apresentados mostram que os teores dos elementos Al, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Na, Pb, Zn e Mn ficaram dentro dos limites estabelecidos pela norma ABNT NBR 10004:2004. O teor de ferro presente nos corpos-de-prova é superior ao limite máximo permitido no solubilizado (0,3 mg/L). Para as amostras SOLPS28, SOLPS60 e SOLESC60 os valores de ferro foram, respectivamente, foi de 0,918mg/L, 1,075mg/L e 1,399mg/L. A legislação relativa à deposição de resíduos sólidos em aterros classifica as composições como resíduos classe II A – Não inertes, ou seja, resíduos não perigosos e não inertes.
A análise de custo dos tijolos produzidos neste trabalho foi feita em relação a tijolos crus tradicionais produzidos na região. Os tijolos deste estudo podem ser produzidos nas mesmas fabricas de tijolos crus convencionais. Foram comparados os custos para preparação de uma mesma quantidade de mistura para confecção de tijolos solo-cal, solo-cimento e solo-cal-resíduo (10:0.75:.025). O custo da mistura solo- cimento é cerca de 17% maior que a mesma quantidade da mistura solo-cal. A substituição de 25% da cal por finos de pedra-sabão ou escória da fabricação de ferro- ligas de manganês reduz em 32% o valor da mistura solo-cal. Os finos de pedra-sabão, que são estocados como rejeito, não precisam ser processados o único custo é com transporte até a planta de fabricação dos tijolos. A escória da fabricação de ferro-ligas de manganês precisa ser britada, moída e transportada até a planta de fabricação dos tijolos. O custo para preparação das misturas solo-cal-pedra-sabão e solo-cal-escória é o mesmo já que o primeiro tem um maior custo de transporte e o segundo precisa ser cominuído.
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7 – CONCLUSÕES
A partir dos resultados obtidos no estudo da adição de resíduos do setor mínero- metalúrgico na fabricação de tijolos solo-cal, permitiram concluir que:
A análise granulométrica da amostra de escória de ferro-ligas de manganês após britagem apresentou d80 = 1,680mm (1680μm). Os finos de pedra-sabão e o solo
apresentaram d80 igual a 0,048mm (48μm) e 0,700mm (700μm),
respectivamente.
Resíduos de pedra-sabão e escória de ferro-ligas de manganês, apresentaram